2) пару гомологичных хромосом
3) кольцевую молекулу ДНК (+)
4) одноцепочечную молекулу РНК
Митохондриальный геном представлен замкнутой двуцепочечной кольцевой молекулой ДНК, расположенной в матриксе митохондрий и организованной в нуклеоиды. У человека его длина составляет около 16 569 пар нуклеотидов; геном содержит 37 генов: 13 генов субъединиц дыхательной цепи, 22 гена транспортных РНК и 2 гена рибосомальных РНК. В отличие от ядерной ДНК, митохондриальная ДНК не образует хромосом с классической ядерной организацией.
Для митохондриального генома характерны полиплазмия — наличие множества копий ДНК в одной митохондрии или клетке, и гетероплазмия — сосуществование нормальных и мутантных копий. Клинические проявления митохондриальных болезней возникают при достижении мутацией порогового уровня, когда функционально сохранных копий становится недостаточно для энергетических потребностей ткани. Наследование большинства патогенных вариантов митохондриальной ДНК происходит по материнской линии, поскольку митохондрии эмбриона преимущественно происходят из цитоплазмы яйцеклетки.
| Признак | Митохондриальная ДНК | Ядерная ДНК |
|---|---|---|
| Структура | Кольцевая двуцепочечная молекула | Линейные молекулы, организованные в хромосомы |
| Локализация | Матрикс митохондрий, нуклеоиды | Ядро клетки |
| Количество копий | Многочисленные копии в каждой клетке; возможна гетероплазмия | Обычно две копии каждого аутосомного локуса в диплоидной клетке |
| Наследование | Преимущественно материнское, с вариабельной передачей мутантной доли | Аутосомное, X-сцепленное, Y-сцепленное или митохондриальное нехарактерно |
| Основной функциональный результат мутаций | Нарушение окислительного фосфорилирования и дефицит клеточной энергии | Разнообразные нарушения синтеза белков, регуляции развития и клеточных функций |
| Диагностические особенности | Исследуют кровь, мочу, мышцу или эпителий; оценивают гетероплазмию и пороговый эффект | Чаще достаточно анализа крови или слюны; интерпретация основана на варианте и модели наследования |
Высокие энергетические потребности нейронов, мышц, миокарда, сетчатки и эндокринных органов объясняют преимущественное поражение этих тканей при митохондриальных заболеваниях. Диагностика включает молекулярно-генетическое исследование митохондриальной и ядерной ДНК, оценку лактата, метаболический профиль и, по показаниям, исследование мышечной ткани. Отрицательный результат анализа крови не всегда исключает заболевание, поскольку уровень гетероплазмии может различаться в разных тканях. Генетическое консультирование учитывает материнский тип передачи и непредсказуемую долю мутантной митохондриальной ДНК у потомства.